Processos biolgicos de remoo de compostos de enxofre

Processos biológicos de remoção de compostos de enxofre Bruna Moruzzi Luis Fernando Pereira Brito Natália Canhete Thaissa Santos

Enxofre ● Elemento abundante na crosta terrestre: intemperismo; ● É encontrado na natureza de 4 formas: sulfetos H 2 S, HS-, S²-, sulfato (SO 4 ), enxofre elementar (S 0) e compostos orgânicos sulfídricos -SH); ● Presente em água residuária, oceanos; ● Utilizado em múltiplos processos industriais: ácido sulfúrico, fungicida, fertilizantes.

Ciclo do enxofre ● Variedade de estado de oxidação; ● Sulfeto (H 2 S), com estado de oxidação -2 e fortemente influenciado pelo p. H; ● Agentes biológicos e/ou químicos contribuem no ciclo.

Sulfetogênese 2 CH 2 O + SO 4 2 - + 2 H+ → H 2 S + 2 CO 2 + 2 H 2 O

Uso e descarte do enxofre ● Fertilizantes (73%), pigmentos inorgânicos, papel celulose, cosméticos; ● Águas residuárias; ● Esgoto doméstico; ● Efluentes industriais.

Legislação brasileira ● Conama nº 357/2005 e Conama nº 430/2011 - Das condições e padrões de lançamento de efluentes, estabelece um valor máximo de 1, 0 mg/L S; ● Padrões diferentes para águas doces, salgadas e salobras.

Problemas ambientais ● Solos: acidez como de solubilização de metais pesados; ● Recursos hídricos: acidificação, lixiviação de substâncias tóxicas, elevados níveis de sulfato em águas naturais ● Ar: emissões de SO 2, H 2 S

Processos de remoção por via biológica O tratamento biológico se baseia na utilização de microrganismos capazes de oxidar o sulfeto (S 2 -) por via biológica. ● Processos anaeróbios ● Processos aeróbios

Reatores anaeróbios ● Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (UASB) Dispositivo característico: separador físico trifásico (separador de gás-sólidos-líquido) Fonte: modificado a partir de Lettinga et al. 1980

BRS (bactérias redutoras de sulfato) SO 4 -2 + matéria orgânica S-2 + 2 H+ H 2 S S-2 + H 2 O + CO 2 BRS Desulfovibrio vulgaris bactéria gram negativa

ASPECTOS POSITIVOS ASPECTOS NEGATIVOS Sistema compacto Possibilidade de emanação de maus odores; Baixa demanda de área Elevado intervalo de tempo necessário para partida; Baixo custo de implantação e operação Necessidade de etapa de pós-tratamento; Baixa produção de lodo Baixa remoção de nutrientes Elevada concentração do lodo excelente Boa desidratabilidade do lodo Baixo custo de energia elétrica Eficiência de remoção de matéria orgânica de 65 a 75% (DQO); para esgoto sanitário Possibilidade rápida de re-partida Fonte: Seghezzo, 2004

Reatores anaeróbios ● Reator Anaeróbio Híbrido (RAH) (a) brita, (b) bloco modular plástico com fluxo vertical, (c) bloco modular plástico com fluxo cruzado, (d) anéis tipo Pall, (e) esfera perfurada, (f) conduíte de PVC cortado. Fonte: Adaptado de Metcalf & Eddy 2003

Processos aeróbios - Biofiltro ● Tratamento efetivo dos gases odorantes, sustentabilidade, simplicidade e baixos custos de implantação e operação ● Eficácia de 99% ● Consórcio microbiano especializado BRS SO 4 2 Bactérias sulfurosas verdes e púrpuras H 2 S

Processos aeróbios ● Biofiltro Thiobacillus Thiomicrospia Thiosphaera Fonte: Adaptado de Fulazzaky et al. (2014) Sulfolobus

Biofiltro Fatores limitantes ● ● ● Meio filtrante p. H Temperatura Umidade Microrganismos

Reator microaeróbio ● Reator UASB com adição de oxigênio ➔ Aeração mecânica ➔ Aeração por ar difuso H 2 S Afluente + adição de oxigênio Fonte: Campos, 1999 S 0 + 2 H Bactérias incolores de enxofre (gênero Thiobacillus)

Estudo de caso CONTROLE E REMOÇÃO DE SULFETOS EM REATORES ANAERÓBIOS TRATANDO ESGOTO SANITÁRIO JÉSSYCA DE FREITAS LIMA Universidade Estadual da Paraíba Fevereiro, 2015

Metodologia Primeira fase: presença de oxidante Segunda fase: sem adição de oxidante Monitoramento dos sistemas

Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Reatores Reator Anaeróbio Híbrido (RAH) Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (UASB) Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Monitoramento dos Sistemas ● Análises dos parâmetros físicos e químicos ● Monitoramento de oxigênio no reator UASB - O 2 ● Teste de Atividade Metanogênica Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Resultados e discussão Presença de oxidante 2. Ausência de oxidante 1.

Presença de agente oxidante

Presença de agente oxidante ● Feito monitoramento de O 2 ○ Sistema, tipo, geometria, temperatura ● Injeção de O 2 não alterou atividade metanogênica

Monitoramento de sulfato nas estapas I, II e III Etapa 1 Interceptor: [S-SO₄²⁻]=12+-1, 2 mg/L [S-S 2 -]=1, 1+-0, 76 mg/L Interceptor [SO 4]=12+-1, 2 mg/L [S 2]=1, 1+-0, 76 mg/L Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Monitoramento de sulfeto nas etapas I, II e III Esgoto bruto [S-SO₄²⁻]=2, 41+-2, 79 mg/L [S-S 2 -]=3, 05+-1, 93 mg/L Perca de 70% de sulfato por conversão Incremento 17 mg/L S-SO₄²⁻ Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Monitoramento de sulfato nas estapas I, II e III Etapa 2 UASB - O 2: [S-SO₄²⁻]=10, 84+-2, 23 mg/L UASB - Controle: [S-SO₄²⁻]=6, 27+-3, 47 mg/L Interceptor [SO 4]=12+-1, 2 mg/L [S 2]=1, 1+-0, 76 mg/L Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Monitoramento de sulfeto nas etapas I, II e III Resultados parecidos, segundo autora Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Monitoramento de sulfato nas estapas I, II e III Etapa 3 UASB - O 2: [S-SO₄²⁻]=10, 84+-2, 23 mg/L [S-S 2 - ]=]2, 54+-1, 92 mg/L Interceptor [SO 4]=12+-1, 2 mg/L [S 2]=1, 1+-0, 76 mg/L Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Monitoramento de sulfeto nas etapas I, II e III UASB - Controle: [S-SO₄²⁻]=6, 27+-3, 47 mg/L [S-S 2 -]=13, 20+-8, 65 mg/L Sulfetogênese no controle Rápida oxidação com adição de O 2 Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Balanço de massas Balanço de massa do Enxofre durante as 3 etapas do monitoramento dos sistemas Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Valores de p. H para as 3 etapas Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Valores de alcalinidade para as 3 etapas Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Comparação das médias do efluente dos reatores para os parâmetros sulfato, sulfeto, p. H e alcalinidade Etapa 1 Adição de oxigênio Não influencia Etapas 2 e 3 Adição de oxigênio Influencia

Demanda Química de Oxigênio (bruta) Etapa 1 Efluente UASB - O 2: Remoção DQO bruta=63% Remoção DQO filtrada=53% Interceptor [SO 4]=12+-1, 2 mg/L [S 2]=1, 1+-0, 76 mg/L Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Demanda Química de Oxigênio (filtrada) Efluente UASB - Controle: Remoção DQO bruta=61% Remoção DQO filtrada=46% Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Demanda Química de Oxigênio (bruta) Etapa 2 Efluente UASB - O 2: Remoção DQO bruta=54% Remoção DQO filtrada=46% Interceptor [SO 4]=12+-1, 2 mg/L [S 2]=1, 1+-0, 76 mg/L Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Demanda Química de Oxigênio (filtrada) Efluente UASB - Controle: Remoção DQO bruta=52% Remoção DQO filtrada=42% Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Demanda Química de Oxigênio (bruta) Etapa 3 Efluente UASB - O 2: Remoção DQO bruta=58% Remoção DQO filtrada=55% Interceptor [SO 4]=12+-1, 2 mg/L [S 2]=1, 1+-0, 76 mg/L Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Demanda Química de Oxigênio (filtrada) Efluente UASB - Controle: Remoção DQO bruta=59% Remoção DQO filtrada=44% Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Ausência de agente oxidante

Sulfeto Sulfato - RAH Afluente RAH: [S-SO₄²⁻]=14, 43+-4, 15 mg/L [S-S 2 - ]=7, 99+-7, 96 mg/L Sulfetogênese antes de introdução ao sistema

p. H do RAH p. H de todas as amostras entre 7, 5 e 8, 5 Se p. H>8, redução de sulfato predominante Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015) Alcalinidade total do RAH Se p. H entre 6, 75 -7, 5, Estado estacionário entre produção de metano e redução de sulfato Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Balanço de massa do Enxofre - RAH Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

DQO bruta e filtrada - RAH UASB: Remoção DQO bruta=21% Remoção DQO filtrada=25% Filtro anaeróbio: Remoção DQO bruta=55% Remoção DQO filtrada=48% Fonte: Jéssyca de Freitas Lima (2015)

Conclusão

Conclusão ● A liberação de sulfeto de hidrogênio é prejudicial a tubulações, além de ser um gás tóxico e de mau odor ● A recuperação de enxofre no processo possibilita reutilização do material em outros processos

Referências ● LIMA, J. de F. Controle e remoção de sulfetos em reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário. 2015. 97 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - PPGCTA)Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, 2015. ● UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS: APLICAÇÃO DE BACTÉRIAS DO CICLO DO ENXOFRE <https: //repositorio. ufmg. br/bitstream/1843/BUBD-99 VPMS/1/monografia_v_final. pdf> ● ALTERNATIVA BIOTECNOLOGICA PARA O TRATAMENTO DO SULFATO DE ÁGUA RESIDUÁRIA INDUSTRIAL <https: //namidia. fapesp. br/alternativa-biotecnologica-para-o-tratamento-do-sulfato-deagua-residuaria-industrial/28206>